保安电源微机备自投装置逻辑分析与模拟试验

昌进国，杨 硕，傅建华，许海标，李校东

(南海发电一厂有限公司，广东 佛山 528211)

保安电源微机备自投装置
逻辑分析与模拟试验

昌进国，杨 硕，傅建华，许海标，李校东

(南海发电一厂有限公司，广东 佛山 528211)

介绍了CSC-822型微机保安电源备自投装置的设计逻辑及其硬件结构，阐述了有压、失压定值整定及逻辑模拟检查试验、带开关整组传动试验的方法，以期更好地掌握备自投装置的原理和使用方法，提高电厂保安电源的可靠性。

保安电源；备自投装置；动作逻辑

在大容量发电机组的厂用电系统中，为保证事故保安负荷的用电需要而设置的事故保安电源占据非常重要的地位。在停机过程中和停机后一段时间内必须保持运行的保安负荷，包括DCS(分布式控制系统)热控电源、UPS(不间断电源)交流电源、主机润滑油泵电机、主机盘车电机、顶轴油泵电机电源等。要防止全厂停电事故，以免造成机组失控、轴瓦烧毁、大轴弯曲等重大设备损坏事故，必须确保保安电源能够可靠投入。由于保安电源微机备自投装置(以下简称BZT)要考虑3路电源之间的切换，所以其逻辑较复杂。下面以某电厂CSC-822型保安电源微机备投装置为例作简要分析。

1 微机备自投装置的设计要求

机组保安电源应满足独立性强、可靠性高、投入速度快、电能质量好、维护工作量少、经济性好的要求。当机组厂用电源完全消失时，为确保在事故状态下能安全停机，应设置交流事故保安电源，并自动投入，以保证事故保安负荷用电。交流事故保安电源宜采用从外部引入的可靠交流电源或快速启动的柴油发电机组。

380 V保安电源系统有3路：第1路工作电源开关为QA，第2路外供电源第1保安电源开关为QB，第3路柴油发电机第2保安电源开关为QC，如图1所示。3路电源非同一电源系统，只允许1路电源供电，且不允许先合后分的并列方

式，只允许先分后合的串联方式。保安PCM母线接有PTM、工作PCA母线接有PTA、第1保安PCB母线接有PTB，PT为电压互感器，变比为380 V/100 V。当PTM失压时，先延时分QA，优先延时合QB，合QB失败或PTB无压，则延时合QC，同时启动柴油发电机。当PTA电源恢复正常后，则投手动自恢复，延时分QB(QC，ZKK)，延时合QA恢复工作电源，也有QC自恢复QB的不常用方式。分闸应躲过PCA段失压时其厂用电源BZT动作的时间，合闸应躲过开关分闸触头的灭弧时间，并尽量缩短PCM的失压时间。

图1 1，2号机380V保安电源一次接线

2 微机备自投装置的设计逻辑分析

2.1 逻辑结构

CSC-822型保安段电源微机备自投动作逻辑将外部事件分为3类，执行逻辑如图2所示。

动作逻辑最终的执行条件是：满足所有的动作条件，但不满足任何一条闭锁条件，且已完成对充电器的充电时，以上状态保持时间均大于逻辑执行延时。

图2 执行逻辑

充电器充满电的条件是：充电条件满足且闭锁条件不满足的状态保持10 s。

动作条件指的是逻辑执行必须满足的条件，它们之间是“与”的关系。

充电条件指的是给充电器充电必须满足的条件，它们之间是“与”的关系。

闭锁条件指的是闭锁逻辑需要满足的条件，它们之间是“或”的关系。一旦闭锁逻辑满足，不仅逻辑不会执行，而且会给充电器放电。

保安3路电源如为非同一电源系统，则只允许1路电源供电投串联切换方式，不允许投同期并列切换方式。机组正常运行时保安电源负荷电流小，易出现测量误判的情况，因而多数不外接电流判据。因此，该电厂2台机组CSC-822未接入电流判据，投串联切换方式。

此外，该装置还设有PT断线的检测功能。

(1) 装置通过采集母线2个线电压(UAB，UBC)进行比较，当其中一个线电压大于有压定值(85 V)，另一个线电压小于失压定值(70 V)的状态持续10 s时，发母线PT断线信号并总闭锁。

(2) 当工作进线断路器的位置处于合位，采集PTA电压(UAB)大于失压定值，而PTM电压小于失压定值状态持续10 s时，发母线PT断线信号并总闭锁(勿需PTM刀闸闭锁)。

(3) 当PTA或PTB电压小于失压定值状态持续10 s时，发母线PT断线信号且不闭锁。

2.2 备自投(正切)功能

正确判断QA，QB，QC的开关位置及PTA，PTB，PTM电压，并根据现场需要人为预先指定工作电源及自恢复电源。一般PCA段为工作电源和自恢复电源。BZT逻辑如图3所示。

(1) 判断PTA失压且PTM失压，则延时分QA(QA及QC分位)；若PTB有压，则延时合QB。

(2) 判断QA偷跳且PTM失压，则QA及QC分位；若PTB有压，则延时合QB。

(3) 判断上述(1)，(2)逻辑中(PTB失压或合QB失败)且QB分位，则延时合QC，同时联启启动柴油发电机。

2.3 电源自恢复(反切)功能

在备用电源投入时，如果工作电源已经恢复稳定，装置能按指定的“PCA段自恢复”或“PCB段自恢复”进行串联切换，手动启动恢复到选择的工作电源。一般PCA段为工作电源。

(1) QB自恢复QA：选择“PCA为工作电源”，“PCA段自恢复”；PTM有压，PTA有压及QC分位，则延时分QB；QB分位，延时合QA。BZT自复(QB至QA)逻辑如图4所示。

(2) QC自恢复QA：选择“PCA为工作电源”，“PCA段自恢复”；PTM有压，PTA有压及QB分位，则延时分QC，同时停柴油发电机；QC分位，延时合QA。BZT自复(QC至QA)逻辑如图5所示。

自复逻辑条件表(串联切换)如表1所示。

图3 BZT逻辑

图5 BZT自复(QC至QA)逻辑

表1 自复逻辑条件表(串联切换)

3 微机备自投装置的硬件结构

CSC-822型保安电源微机备自投装置的硬件采用1只4U机箱分体结构设计，分为主机和MMI 2部分，由以下各插件组成：

(1) 电源插件(PW)1块：负责为装置提供稳定的工作电源；

(2) 管理插件(CM)1块：负责对逻辑执行、IO插件、内部通讯(DP 通道)、远程通讯、人机界面的管理；

(3) 开出插件(DO)2块：负责完成跳合闸控制，动作、告警信号等开关量输出的任务；

(4) 开入插件(DI)2块：负责采集开关量信号；

(5) 交流插件(AI)1块：负责对电压的采集；

(6) 人机接口模块(MMI)1块：负责实现人机交互的功能。设有定值查询、修改，功能投退、模拟量、开关量工况监视，动作、报警、操作报文显示，装置自检、异常报警等微机装置常用功能。屏上设有PTA，PTB，PTM二次空开各1只，装置工作直流电源空开1只，电源开关分、合出口硬压板3只共6块，复归按钮1只，自恢复按钮1只，各功能硬压板等操作元件。

4 试验方法和试验结果

根据图1所示的保安电源一次接线，分别模拟PCM失压BZT正切、PCA电源恢复时手动启动自恢复反切的动作逻辑。试验前应满足BZT动作的条件：“备投投入”、“工作电源”(选定PCA段)、“自恢复电源”(选定PCA段)压板投入，“告警”灯灭，“充电”灯亮，自恢复时“自复允许”灯闪烁，动作后“备投动作”灯亮。每个动作只执行1次，必须手动复归装置信号才能进行第2轮的动作。出现装置故障(告警1灯闪烁)、母线电压异常信号时会进入总闭锁。单试装置时人为模拟QA，QB，QC开关状态，退出其分、合出口压板；带开关整组试验时投入出口压板。

做每项试验装置切换时应检查面板“备投动作”等指示灯、显示屏动作报文中含有各开关分、合切换过程及切换时间等相关信息后，方可对照定值检查其切换正确性。

4.1 有压、失压定值整定

在BZT装置设计逻辑中，当切换时备用电源开关合上后不再检测电压，且只启动切换1次，因此试验仪所设状态1、状态2、状态3的持续时间大于分、合开关时间定值时不会影响试验结果。

用微机继电保护试验仪的电流电压菜单在PTA或PTB空开加电压100 V，然后降压至BZT装置面板告警2灯亮为失压定值，升压至告警2灯熄为有压定值。在PTM空开加3相电压100 V，然后分别降A，C相电压来对应降UAB，UBC电压，直至装置面板告警1灯闪烁(总闭锁)，以校验母线UAB，UBC失压定值。试验电压定值不合格时应在定值菜单中重新调整，直至试验合格。

4.2 模拟试验

(1) 模拟分QA、合QB正切。用PZH-TM断路器模拟试验装置替代QA，QB，并受BZT开出分、合控制，QA，QB开接点接入BZT。设置试验仪第1组电压状态序列菜单，状态1为正常的3相线电压大于有压定值85 V，结束方式为按键控制；状态2为3相线电压小于失压定值70 V，结束方式为3 s(大于1.5 s分QA，加1 s合QC)的时间控制；状态3为3相线电压大于85 V，结束方式为按键控制。第1组3相电压接至PTM空开，其中2相接至PTA空开。第2组电压的3个状态线电压均大于85 V，结束方式与第1组电压方式相同，2相电压接至PTB空开。按下试验仪启动键进入状态1为正常电压，再次按下启动键进入状态2为PTA，PTM同时失压，最后自动进入状态3恢复正常电压结束。试验结果为：延时定值1.5 s分QA，再经延时定值0.3 s合QB。

(2) 模拟分QA、合QC正切。退出BZT开出合QB或设第2组至PTB空开的3个状态电压均小于85 V，其他与上述(2)项相同。试验结果为：延时1.5 s分QA，再经延时0.3 s+0.5 s或0.5 s合QC。

(3) 模拟PTM故障闭锁。第1组3相电压接至PTM空开、第2组2相电压接至PTA空开、PTB空开，其他与上述(2)项相同。试验结果为：闭锁装置、不启动切换。

(4) 模拟QA偷跳、合QB。设状态2结束方式为0.5 s时间控制，断开QA接点的同时操作进入状态2，其他与上述(4)项相同。试验结果为：延时0.3 s合QB。

(5) 模拟分QB、合QA反切。设状态1结束方式为1.7 s时间控制，操作进入状态1的同时手按自恢复按钮，其他与上述(5)项相同。试验结果为：延时1.5 s分QB、0.3 s合QA。

4.3 带开关整组传动试验

(1) 正切分QA、合QB。正常运行方式(QA在合位，QC及QB在分位)下，模拟工作段PCA失压，PTB有压动作过程：同时断开PTM，PTA二次空开，延时定值1.5 s分QA，再经延时定值0.3 s合QB，约5 s后合上述PT二次空开。

(2) 实际正切分QA、合QB。有条件时，人为停工作段PCA的供电电源，延时定值1.5 s分QA，再经延时定值0.3 s合QB。

(3) 正切分QA、合QC。模拟PTM，PTA及PTB失压BZT动作过程：同时断开PTM，PTA及PTB输出电压小空开，延时定值1.5 s分QA，再经延时定值0.5 s合QC，同时联启启动柴油发电机。柴油发电机建压正常后自动合ZKK断路器，柴油发电机供PCM电源，约5 s后合上述PT二次空开。

(4) 正切分QA、合QB失败、合QC。正常运行方式下，断开QB控制电源，模拟PTM，PTA失压，PTB有压动作过程：首先断开QB控制电源，然后同时断开PTM，PTA二次空开，BZT延时定值1.5 s分QA，再经延时定值0.3 s合QB，合QB失败，再经延时定值0.5 s合QC，同时联启启动柴油发电机供PCM电源。约5 s后合上述二次空开，恢复QB控制电源。

(5) QA偷跳、合QB。正常运行方式下，同时存在PTA有压、PTB有压、QA偷跳PTM失压过程：实际手跳QA，延时定值0.3 s合QB。

(6) 反切分QB(QC)、合QA。当QB(QC)供电时，投入对应的工作电源、自恢复电源的压板，在工作电源恢复后，手按自恢复按钮，延时1.5 s分QB(QC)、0.3 s合QA。

5 结束语

模拟试验结果表明，CSC-822保安电源微机备自投装置在各种运行工况下的动作结果均符合设计逻辑。该装置已在电厂中被广泛应用，并经受住了多次保安电源失电切换的考验。

对新安装的设备，在投运前必须做好装置设计逻辑检查、定值整定、带开关整组传动试验；在运行中应巡视检查装置面板各正常指示灯、异常报警灯、显示电压是否正常；定期在每年的停机检修中做好检查、传动试验来确保电源系统设备、回路的完好。同时，还必须在运行监控室装设第一保安备用电源开关事故紧急合闸硬操按钮和监视灯。

参考文献：

1 国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[M].北京：中国电力出版社，2001.

2 河南省电力工业局.火电厂电气设备及运行[M].北京：中国电力出版社，1995.

3 钱亢木.大型火电厂厂用电系统[M].北京：中国电力出版社，2010.

4 唐 俊.备自投装置充电逻辑回路的改进[J].电力安全技术，2013(5).

杨 硕(1986-)，工程师，主要从事电厂自动化及二次系统维护、试验工作。

傅建华(1974-)，工程师，主要从事电厂自动化及二次系统继保维护工作。

许海标(1983-)，助理工程师，主要从事电厂自动化及二次系统继保维护工作。

李校东(1974-)，助理工程师，主要从事电厂自动化及二次系统继保维护工作。

2014-12-04。

昌进国(1962-)，工程师，主要从事电厂自动化、二次系统技改设计、调试、维护工作以及继保维护工作，email：cjg8084@ 163.com。